煤礦區(qū)域測(cè)量控制網(wǎng)中的GPS技術(shù)應(yīng)用

楊偉科

摘 要：礦山的測(cè)量工作中常常會(huì)GPS技術(shù)，GPS技術(shù)有著強(qiáng)大的功能，它的覆蓋率極其廣闊，測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)無(wú)誤。隨著我國(guó)煤礦技術(shù)的提升，GPS被廣泛應(yīng)用到礦井測(cè)量工作中，利用測(cè)量的數(shù)據(jù)制造成測(cè)量圖等。但在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，GPS受到空間位置的影響，有的區(qū)域不能使用GPS，有時(shí)候測(cè)量出的數(shù)據(jù)存在一定的誤差，GPS設(shè)備在礦井工作的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)不精準(zhǔn)情況。針對(duì)GPS的這種情況，結(jié)合煤礦工作的經(jīng)驗(yàn)，文章展開(kāi)了分析和討論。

關(guān)鍵詞：GPS；測(cè)量；技術(shù)研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，煤礦測(cè)量繪圖步入了新的階段。煤礦上采用新的數(shù)字繪圖技術(shù)，它相比于傳統(tǒng)的測(cè)圖模式，具有精確、快速的特點(diǎn)，是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向。目前的很多煤礦集團(tuán)都配備了專(zhuān)門(mén)的測(cè)量設(shè)備，建立自己的GPS系統(tǒng)，逐步取代人工測(cè)圖的方式。GPS繪圖的效果良好，在各個(gè)方面能滿足企業(yè)的要求。

一、GPS的概述

GPS定位技術(shù)是近些年來(lái)新出現(xiàn)的測(cè)量技術(shù)，它是發(fā)達(dá)的全球定位系統(tǒng)。應(yīng)用在煤礦測(cè)量領(lǐng)域，GPS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)明顯，測(cè)量時(shí)不受時(shí)間和氣候的限制，效率高，有很好的精準(zhǔn)度。GPS在進(jìn)行布點(diǎn)的時(shí)候也非常靈活，自動(dòng)化能力極強(qiáng)，各個(gè)控制點(diǎn)間也無(wú)須通視。目前來(lái)說(shuō)，GPS已覆蓋到經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中去。利用GPS優(yōu)良的特性能測(cè)量出高度準(zhǔn)確的測(cè)出物體的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間信息參數(shù)。GPS技術(shù)是由空間的衛(wèi)星群和地面的接收系統(tǒng)兩方面組成的，它的測(cè)量信號(hào)由GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件接收，接受到的信號(hào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，GPS接收機(jī)能同時(shí)接受多個(gè)GPS信號(hào)，通過(guò)對(duì)不同位置進(jìn)行信號(hào)分析從而確定其位置。

二、GPS-RTK定位原理

GPS-RTK定位技術(shù)的原理是利用時(shí)差，它能隨時(shí)隨地的測(cè)量被測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)位置，這種位置是三維的，通常情況下測(cè)量出的誤差很小，有相當(dāng)?shù)木珳?zhǔn)程度。RTK技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了巨大的變革，它不僅操作時(shí)相當(dāng)簡(jiǎn)單靈活，而且可以精確得到測(cè)量點(diǎn)的位置，確立它的坐標(biāo)系。而且，它的出現(xiàn)大大的提高了煤礦測(cè)量的效率，節(jié)省了不少人力。

GPS-RTK定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈組成，在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，基準(zhǔn)站用來(lái)接受設(shè)備安置在選定的任一參考點(diǎn)上，確保能隨時(shí)隨地接受任何一個(gè)GPS信號(hào)來(lái)源。基準(zhǔn)站通過(guò)第三部分站點(diǎn)將測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)以及載波相位的數(shù)據(jù)值發(fā)送到流動(dòng)站進(jìn)行一些列計(jì)算，得到精確的數(shù)據(jù)值，這種精確度能達(dá)到厘米級(jí)別[1]。RTK系統(tǒng)具有多種測(cè)量模式，包括快速靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量以及準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量?？焖凫o態(tài)測(cè)量時(shí)需要GPS接受機(jī)保持靜止在用戶(hù)站上，從而有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和觀測(cè)，整個(gè)操作過(guò)程中要進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，從而得到測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

三、GPS-RTK測(cè)圖

利用RTK技術(shù)測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)具有很高的精度，能滿足工作上的需求。RTK技術(shù)上的圖根點(diǎn)能對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，大大的提高了工作中的效率性。GPS-RTK定位技術(shù)還能快速的測(cè)量一些無(wú)遮擋區(qū)域，記錄它們的特征點(diǎn)。實(shí)際操作中會(huì)遇到一些GPS-RTK技術(shù)無(wú)法測(cè)量的地點(diǎn)，這時(shí)可以通過(guò)它們布設(shè)的圖根點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行布防時(shí)要有必要的檢核，這樣就避免了GPS信號(hào)不好引起的測(cè)量誤差，有利的保障了測(cè)量圖的精準(zhǔn)性[2]。如果坐標(biāo)點(diǎn)處在一個(gè)較遠(yuǎn)的位置，沒(méi)辦法引入，這時(shí)可利用全站儀假定坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試完畢后再用電腦進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化獲取結(jié)果。

四、GPS進(jìn)行煤炭礦井測(cè)量

（一）GPS應(yīng)用在布設(shè)煤礦近井控制網(wǎng)

地下開(kāi)采的井式礦井，信息交流非常麻煩，如何把地面和井筒之間進(jìn)行聯(lián)系是重中之重。井筒的作用很大，它承載著煤炭提升以及人員設(shè)備的運(yùn)輸重任，生產(chǎn)材料都要經(jīng)過(guò)井筒。礦井運(yùn)輸大巷在煤礦生產(chǎn)中的位置很重要，對(duì)比其他的巷道貫通工程而言，礦井運(yùn)輸大巷要在精準(zhǔn)度上要求更高。若想在新建成的礦井重要巷道提供安全精準(zhǔn)的保障，需要在新建礦井的地面搭建地面GPS系統(tǒng)近井口控制測(cè)量網(wǎng)。根據(jù)GPS強(qiáng)大的精準(zhǔn)定位功能對(duì)礦井巷道展開(kāi)測(cè)量，依照測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果制定成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和井巷位置建網(wǎng)的計(jì)劃，再依照建網(wǎng)計(jì)劃進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)工作的實(shí)施[3]。

（二）GPS應(yīng)用在數(shù)據(jù)觀測(cè)和采集方面

依照數(shù)據(jù)接收機(jī)對(duì)應(yīng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)，等到接收機(jī)器接收完畢，觀察人員開(kāi)始對(duì)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和定位結(jié)果數(shù)值進(jìn)行仔細(xì)的核查，反復(fù)核對(duì)后確保無(wú)誤。核對(duì)完成后，觀測(cè)人員在第一時(shí)間對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行登記。GPS系統(tǒng)中的傳感設(shè)備自動(dòng)性采集電量以及非電量信號(hào)，將采集到的結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中再進(jìn)一步的進(jìn)行研究分析。數(shù)據(jù)采集是以計(jì)算機(jī)和其他特定測(cè)量系統(tǒng)。GPS在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集設(shè)施部署在被監(jiān)控設(shè)備位置，將傳感器采集到的電壓以及電流信息傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，待這些電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后再把數(shù)字信號(hào)送到芯片提供的串口上去[4]。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)到了一定數(shù)目，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)傳送到上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)展開(kāi)研究和分析，并最終獲得采集到的結(jié)果。

（三）GPS控制網(wǎng)在礦山測(cè)量的使用

GPS控制網(wǎng)是按照主要以邊連接，輔助以點(diǎn)連接原則操作，這樣做的優(yōu)勢(shì)是可以減小工作的量度，生產(chǎn)效率得到了提高。GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)常常選取3個(gè)約束點(diǎn)，在煤礦區(qū)域的中心存在1個(gè)約束點(diǎn)，其他的2個(gè)點(diǎn)在帶狀煤礦區(qū)域的兩邊。如此既可以精確的得到測(cè)量區(qū)的坐標(biāo)從而算到參數(shù)值又有助于連接后續(xù)的煤礦區(qū)域控制網(wǎng)。

五、施工中注意事項(xiàng)

（一）儀器攜帶問(wèn)題

煤礦下施工時(shí)要攜帶大量的儀器，尤其是在一些大型的礦井中進(jìn)行測(cè)量時(shí)，技術(shù)人員要格外注意。測(cè)量?jī)x器振動(dòng)會(huì)造成不小的影響，如果測(cè)量人員攜帶儀器時(shí)造成了晃動(dòng)，則很有可能會(huì)造成儀器使用功能的損壞。測(cè)量人員在下礦井進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)務(wù)必要輕拿輕放，不要有大幅度的動(dòng)作，也不能坐在儀器箱子上面，以免損壞了儀器，造成不必要的麻煩，影響工作的順利開(kāi)展。

（二）原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不齊全

井下進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)需要齊全的原始數(shù)據(jù)和工具，有時(shí)候測(cè)量人員在開(kāi)展井下工作時(shí)候常常會(huì)遺忘測(cè)量工具，如測(cè)量球、鋼尺和記錄本等。測(cè)量人員配備這些原始的記錄和測(cè)量工具是為了在第一時(shí)間進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄，方便查找和記憶，如果這些原始工具沒(méi)有帶齊，可能會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的遺失，還要進(jìn)行二次測(cè)量。測(cè)量人員下井前要檢查自身裝備，以免耽誤時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也影響工程的開(kāi)展進(jìn)度[5]。

（三）誤用測(cè)量點(diǎn)

井下進(jìn)行低等級(jí)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)候，需要重點(diǎn)測(cè)量巷道周?chē)?個(gè)或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，確保能有效的掌握測(cè)點(diǎn)之間的距離。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)之間的距離較近的時(shí)候，測(cè)量人員進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)衍射測(cè)量就非常容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成標(biāo)點(diǎn)出現(xiàn)偏差，還有在直線巷道測(cè)量時(shí)存在方向線焦點(diǎn)位置不清晰的情況，測(cè)量人員也要多加留心[6]。出現(xiàn)標(biāo)點(diǎn)失誤后要及時(shí)的更正，如果更正不及時(shí)就可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)錯(cuò)誤，沒(méi)有辦法吻合整體的設(shè)計(jì)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生煤礦礦井施工的事故發(fā)生。

（四）測(cè)量人員心態(tài)不好

礦井下作業(yè)的環(huán)境極差，井下的工作人員在實(shí)施測(cè)量的過(guò)程中難免會(huì)受到客觀環(huán)境的影響，容易導(dǎo)致測(cè)量人員心態(tài)不好。測(cè)量人員測(cè)量時(shí)注意力不集中會(huì)直接影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果。分散的注意力會(huì)使測(cè)量結(jié)果不精確，從而使計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。測(cè)量人員在出礦井后也往往沒(méi)能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的核查，這樣就導(dǎo)致了測(cè)量數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響到了測(cè)量的精準(zhǔn)程度。因此，測(cè)量人員在下井前務(wù)必調(diào)整好自身的心態(tài)，穩(wěn)定自己的情緒，只有在心緒穩(wěn)定的情況下才能有良好的工作狀態(tài)，測(cè)出精確的數(shù)據(jù)，保障礦井順利施工。

總而言之，GPS定位技術(shù)大大促進(jìn)了煤礦產(chǎn)業(yè)的變革，雖然在實(shí)際應(yīng)用中存在著或多或少的問(wèn)題，但隨著實(shí)踐中的不斷摸索和研究，工程人員逐步解決了GPS技術(shù)在礦井測(cè)量中遇到的種種難題。隨著這些問(wèn)題的解決，GPS進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)變得更加準(zhǔn)確，減小了施工造成的偏差。同時(shí)，GPS在大型巷道貫通施工的過(guò)程中也起到了舉重輕重的作用，GPS技術(shù)因?yàn)槠涓呔珳?zhǔn)和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)正在被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在礦山測(cè)量領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙飛.GPS技術(shù)在礦山測(cè)量中的使用[J].能源與節(jié)能，2018（02）：143-144.

[2] 姚龍剛.煤礦測(cè)繪技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用分析[J].能源與節(jié)能，2018（02）：168-169.

[3] 王娣.煤礦測(cè)量中測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（03）：17-18.

[4] 劉志民.煤礦礦山測(cè)量數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（04）：98+85.

[5] 田鵬飛.井下測(cè)量設(shè)備在煤礦的具體應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備，2018（01）：70-71.

[6] 王樹(shù)亮.GPS-RTK技術(shù)在礦山土方量精確測(cè)定中的應(yīng)用實(shí)踐[J].山東煤炭科技，2018（01）：180-182.